NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên Mã số sinh viên Lớp Chuyên ngành Tự động hóa và điều khiển thiết bị điện công nghiệp 1 Tên đề tài đồ án Thiết kế hệ truyền động T – Đ có đảo chiều, đảo chiều bằ.
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Mã số sinh viên: Lớp: Chuyên ngành: Tự động hóa điều khiển thiết bị điện công nghiệp Tên đề tài đồ án: Thiết kế hệ truyền động T – Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng Các số liệu liệu ban đầu: Thông số động cơ: Pđm = 22kW; Uư.đm = 400V; nđm = 3100v/ph; Iư.đm = 62A; Rư = 0,32Ω; Lư = 5,2mH; J = 0,05kg.m2 Sử dụng chỉnh lưu hình tia pha; nguồn cấp điện tự chọn Điều khiển trì tốc độ không đổi (bằng tốc độ định mức) tải cấu nâng hạ có mơ men MC = (0,5 ÷1)Mđm Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………… Ngày hoàn thành đồ án: ………………… Giáo viên hướng dẫn: Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Chữ ký giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung động chiều kích từ độc lập 1.1.1 Cấu tạo 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Nguyên lý làm việc 1.1.4 Xây dựng đặc tính động điện chiều kích từ độc lập 1.1.5 Phương pháp điều chỉnh tốc độ độ động 1.1.6 Phương pháp đảo chiều quay 10 1.2 Phân tích hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng 11 1.3 Mơ hình hóa hệ truyền động T-Đ 16 1.3.1 Thành lập mơ hình tốn học động chiều kích từ độc lập 16 1.3.2 Thành lập mơ hình tốn học chỉnh lưu 22 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH LỰC 23 2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch lực 23 2.2 Tính chọn cơng suất biến đổi 24 2.2.1 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu 24 2.2.2 Tính chọn cuộn kháng lọc mạch chiều 26 2.2.3 Chọn Contactor 26 2.3 Tính chọn phần tử bảo vệ 26 2.3.1 Bảo vệ dòng điện cho van 26 2.3.2 Bảo vệ điện áp cho van 27 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 28 3.1 Thiết kế cấu trúc mạch điều khiển 28 3.2 Giới thiệu phương pháp tổng hợp mạch vòng kiểu nối cấp chuẩn tối ưu module 28 3.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 30 3.4 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 32 CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG 38 4.1 Mô với 𝐌𝐜 = 0,5𝐌đ𝐦 38 4.2 Mô với 𝐌𝐜 = 𝟏𝐌đ𝐦 40 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Hình 1 Cấu tạo động chiều Hình Nguyên lý làm việc động điện chiều Hình Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập Hình Sơ đồ thay Hình Đặc tính –điện Hình Đặc tính Hình Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập giảm điện áp đặt vào phần ứng Hình Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập giảm từ thơng Hình Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập thay đổi điện trở phụ phần ứng 10 Hình 10 Đảo chiều quay(a:quay thuận, b:quay ngược,c:quay ngược ) 11 Hình 11 Nguyên lý mạch lực hệ T-Đ đảo chiều chuyển mạch phần ứng 11 Hình 12 Logic điều khiển đảo chiều 12 Hình 13 Diễn biến đảo chiều logic điều khiển 12 Hình 14 Sơ đồ thay giai đoạn đảo chiều quay 14 Hình 15 Sơ đồ khối Sơ đồ thay chế độ xác lập 15 Hình 16 Xác định phạm vi điều chỉnh 16 Hình 17 Đặc tính động chiều 17 Hình 18 Sơ đồ cấu trúc động chiều 18 Hình 19 Tuyến tính hóa đoạn đặc tính từ hóa đặc tính tải 19 Hình 20 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa 20 Hình 21 Sơ đồ khối cấu trúc từ thơng kích từ khơng đổi 21 Hình Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 23 Hình 2 Mạch R-C bảo vệ điện áp chuyển mạch 28 Hình Mạch R-C bảo vệ điện áp từ lưới 28 Hình Sơ đồ khối cấu trúc mạch vòng hệ T - Đ 28 Hình Đồ thị đặc tính tần số độ 29 Hình 3 Sơ đồ thay mạch vòng dòng điện 30 Hình Sơ đồ hai khâu PI nối tiếp 32 Hình Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ 33 Hình Sơ đồ thay mạch vòng tốc độ 33 Hình Sơ đồ khâu PI 34 Hình 1, Sơ đồ mạch vịng dịng điện mạch vòng tốc độ 38 Hình 2, Cài đặt khối HCD – Hạn chế dòng - Saturation 39 Hình 3, Đáp ứng dịng điện Mc=0,5Mđm 39 Hình 4, Đáp ứng tốc độ Mc=0.5Mđm 40 Hình 5, Đáp ứng dòng điện Mc=Mđm 40 Hình 6, Đáp ứng tốc độ Mc=Mđm 41 Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng LỜI NĨI ĐẦU Điện tử cơng suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chế độ chuyển mạch trình biến đổi điện Ngày nay, khơng riêng nước phát triển, nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu… sử dụng ngày nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó minh chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu cơng nghiệp hố đaị hố đất nước, ngày có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất Cũng với lý đó, học kỳ em nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “Thiết kế hệ truyền động T – Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình q trình làm đồ án mơn học với đề tài Mặc dù dành nhiều cố gắng khơng tránh khỏi sai sót định, em mong góp ý, bảo thầy, Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung động chiều kích từ độc lập Động điện chiều máy điện chuyển đổi lượng điện chiều sang lượng cơ,điều khiển dịng điện có hướng xác định Hay nói dễ hiểu loại động hoạt động nguồn điện áp DC - nguồn điện áp chiều 1.1.1 Cấu tạo Hình 1 Cấu tạo động chiều Động chiều bao gồm hai phần (hình 1.1): phần cảm (stator) phần ứng (rotor) A Phần cảm (stator) a Cực chính: Cực từ phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện Cực từ gắn chặt vào vỏ nhờ bulong Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện b Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều c Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối tiếp liền với cực từ đồng thời làm vỏ máy d Các phận khác : - Nắp máy - Cơ cấu chổi than B Phần ứng (rotor) Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng a Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ ,thông thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0.5mm phủ cách điện hai đầu ép chặt lại thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào b Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Thường làm đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện trịn ,trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện với rãnh lõi thép c Cổ góp : Cổ góp hay cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cổ góp có nhiều phiếu đồng hình nhận cách điện với lớp mica dày 0.4 đén 1.2 mm hợp thành hình trụ trịn Đi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiếu góp dễ dàng d Các phận khác: - Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy : đặt lõi sắt phần ứng ,cổ góp ,cánh quạt ổ bi trục máy thường làm thép cacbon tốt 1.1.2 Phân loại Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ta có loại động điện chiều thường sử dụng: - Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ - Động điện chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc song song với phần ứng - Động điện chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tếp với phần ứng - Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có cuộn dây kích từ, cuộn mắc song song với phần ứng cuộn mắc nối tiếp với phần ứng Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng 1.1.3 Nguyên lý làm việc Hình Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U đặt vào chổi than A B dây quấn ứng có dịng điện 𝐼ư dẫn ab ,cd có dịng điện nằm từ trường chịu lực điện từ 𝐹đ𝑡 tác dụng làm rotor quay , chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vịng vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ có phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều lực tác động không đổi đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động 𝐸ư chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động điện chiều sức điện động 𝐸ư ngược chiều với dòng điện 𝐼ư nên 𝐸ư gọi sức phản điện động Phương trình cân điện áp : 𝑈 = 𝐸ư + 𝑅ư 𝐼ư (1.1) Trong đó: 𝑅ư :điện trở phần ứng (Ω) 𝐼ư :dịng điện phần ứng (A) 𝐸ư :sức điện động (V) 1.1.4 Xây dựng đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có cấu tạo phần riêng biệt: phần cảm quận dây kích từ sinh từ thông ,phần ứng phần quay nối với điện áp lưới qua vành góp chổi than Tác động từ thơng dịng điện phần ứng tạo nên mô men quay động Khi động quay dẫn phần ứng cắt qua từ thông tạo nên sức điện động Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập trình bày hình đây: Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng Hình 2 Mạch R-C bảo vệ điện áp chuyển mạch Hình Mạch R-C bảo vệ điện áp từ lưới 28 Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng CHƯƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Thiết kế cấu trúc mạch điều khiển Hình Sơ đồ khối cấu trúc mạch vòng hệ T - Đ Hệ thống gồm mạch vòng nối theo cấp: mạch vòng bên mạch vòng dòng điện, mạch vòng ngoai mạch vòng điều chỉnh tốc độ + 𝑅𝑤 , 𝑅𝐼 :các điều khiển tốc độ,dòng điện + Hệ thống sử dụng sensor đo dòng điện, tốc độ + 𝑈𝑤đ , 𝑈𝑤 : điện áp tương ứng với tốc độ đặt tốc độ thực + 𝑈𝑖𝑑 , 𝑈𝑖 : điện áp tương ứng với dòng điện đặt dòng điện thực 3.2 Giới thiệu phương pháp tổng hợp mạch vòng kiểu nối cấp chuẩn tối ưu module Hàm chuẩn tối ưu môdun: 𝐹𝑀Đ (𝑠) = 1 + 2𝜏𝜎 + 2𝜏𝜎2 𝑠 *Đặc điểm: + Ở dải tần số thấp: |𝐹(𝑗𝜔)| ≈ 28 Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng + Hiệu chỉnh lại đặc tính tần số vung tần số thấp trung bình + Khơng đảm bảo trước tinh ổn định hệ thống → Sau tổng hợp, kiểm tra lại tinh ổn định hệ thống Hình Đồ thị đặc tính tần số độ + Các tiêu chất lượng : Thời gian độ: 4,7𝜏𝜎 Thời gian điều chỉnh: 8,4𝜏𝜎 Độ điều chỉnh: 4,3% Sai số xác lập: ±2% 29 Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng 3.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 𝑈đ𝑘 𝑚𝑎𝑥 = 10(𝑉 ),𝐾𝑖 = 0,03 Hình 3 Sơ đồ thay mạch vòng dòng điện + 𝑇ư 𝐿ư = + 𝑇𝑐 = 𝑅ư 𝑅ư 𝐽 (𝐾∅)2 +𝐾𝐶𝐿 = +𝐺𝐶𝐿 = 0,32 0,32∗0,5 = + 𝑇𝐶𝐿 = 5,2∗10−3 = 2𝑓.𝑚 (1,093)2 = 𝑈𝑑𝑜 𝑈đ𝑘 𝑚𝑎𝑥 𝐾𝐶𝐿 1+𝑇𝐶𝐿 𝑠 2.50.3 = = =0,01625(s) = 0,14(𝑠) = 0,0033(𝑠) 1,17.400 10 =46,8 46,8 1+0,0033𝑠 𝑠𝑇𝐶 𝐾𝐶𝐿 𝑅ư 𝑆0𝐼2(𝑠) = 𝐾 + 𝑇𝐶𝐿 𝑠 + 𝑇𝑐 𝑠 + 𝑇ư 𝑇𝑐 𝑠 𝐼 S0I2 (s) = 46,8 0,72s 0,03 + 0,0033s + 0,14s + 2,275 10−3 s Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modun để tổng hợp điều chỉnh dòng điện: R I (s) = 2τσ s(1 + τσ s)S0I2 (s) 30 Sinh viên thực hiện: Nhóm Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều, đảo chiều chuyển mạch phần ứng R I (s) = sTC K CL Rư 2τσ s(1 + τσ s) K + TCL s + Tc s + Tư Tc s I Giả sử phân tích được: 1+𝑇𝑐 𝑠 + 𝑇ư 𝑇𝑐 𝑠 =1 + 0,14𝑠 + 2,275 ∗ 10−3 𝑠 =(1+0,0187s) (1+0,121s) R I (s) = R I (s) = sTc K CL Rư 2τσ s(1 + τσ s) K + TCL s (1 + T1 s)(1 + T2 s) I 2τσ s(1 + τσ s) 46,8 0,72s K + 0,0033s (1 + 0,0187s) (1 + 0,121s) I Nếu TCL